Akute Effekte von Palmitoleat auf die Ca2+-Homöostase ventrikulärer Kardiomyozyten

Abstract

Ziele: Erhöhte Serumkonzentrationen von Palmitoleat sind mit einem erhöhten Herzinsuffizienzrisiko assoziiert. In der vorliegenden Arbeit wurden die Effekte von Palmitoleat auf die intrazelluläre Ca2+ -Homöostase und die T-Tubuli in ventrikulären Kardiomyozyten untersucht. Methodik und Ergebnisse: Ventrikuläre Kardiomyozyten der Ratte wurden mit Palmitoleat (C16:1, 120 ng/l, 30 min) oder BSA als Kontrolle inkubiert. Es wurden Ca2+ -Transienten, Sparks und Waves (Fluo-4, konfokal) während der Stimulation im elektrischen Feld (1 und 5 Hz) und der Ca2+-Gehalt des sarkoplasmatischen Retikulums (Gabe von Coffein) untersucht. Weiterhin wurde die Phosphorylierung der Ryanodin-Rezeptoren (Western Blot) und die Verteilung der T-Tubuli untersucht (Di-8-ANEPPS). Bei 1 Hz zeigten die mit C16:1 inkubierten Myozyten eine gegenüber der Kontrolle unveränderte Amplitude der Ca2+-Transienten, aber eine verlängerte Zeit bis zur maximalen Ca2+-Freisetzung (34,6 ms vs. 24,2 ms, p < 0,05) und eine verlangsamte Ca2+-Elimination (TAU, 116 ms vs. 68 ms, p<0,05). Die Ca2+-Freisetzung war dyssynchroner mit signifikant weniger frühen Ca2+-Freisetzungsereignissen (29% vs. 64%, p < 0,05). Bei 5 Hz zeigte sich ein erhöhter Ca2+-Gehalt des sarkoplasmatischen Retikulums (2,58 vs. 2,24 F/F0, p < 0,05) und ein signifikanter Anstieg des diastolischen Ca2+ (5Hz/1Hz, 1,090 vs. 1,014, p < 0,05). Die Amplitude der Ca2+-Transienten (5Hz/1Hz, 0,79 vs. 0,93, p < 0,05) fiel bei 5 Hz bei mit C16:1 behandelten Myozyten stärker ab. Die verlangsamte Ca2+-Elimination von Coffein-induzierten Ca2+-Transienten (0,88 s vs. 0,59 s, p < 0,05) und von Waves (88,1 ms vs. 47,9 ms, p < 0,05, in 0Na0Ca Lösung) legte eine Reduktion der SERCA2A Aktivität und des NCX Vorwärtsmodus nahe. Die Variabilität (Variationskoeffizient) der T-Tubuli war erhöht (0,57 vs. 0,54, p < 0,05), aber die Dichte vergleichbar. Die mit Palmitoleat inkubierten Zellen zeigten mehr Sparks (1,39 vs. 0 Sparks/ nl / s, p < 0,05), eine langsamere Propagation der Waves (120,4 µm/ms vs. 150,4 µm/ms, p < 0,05) und ein geringeres Verhältnis von Waves relativ zu Sparks. Schlussfolgerung: Palmitoleat führt in ventrikulären Kardiomyozyten der Ratte zu ausgeprägten Veränderungen der Ca2+ -Homöostase mit dyssynchroner Ca2+ -Freisetzung, verlangsamter Ca2+-Elimination, Ca2+ -Akkumulation bei höheren Stimulationsfrequenzen sowie erhöhtem diastolischen Ca2+ -Verlust. Die Veränderungen der Ca2+ -Homöostase können zur Erklärung der Assoziation der C16:1 Serumkonzentration und des Herzinsuffizienzrisikos beitragen.

Aims: Increased serum levels of palmitoleic acid are associated with an increased risk to develop heart failure. In this study the effects of palmitoleic acid on the intracellular Ca2+ -homeostasis and the t-tubules in ventricular cardiomyocytes were investigated. Methods and Results: Rat ventricular cardiac myocytes were incubated with palmitoleic acid (C16:1, 120ng/µl, 30 min) or BSA without fatty acid (control). We examined Ca2+ -transients (Fluo-4, confocal), sparks, waves and sarcoplasmic reticulum Ca2+ -load (caffeine) during field-stimulation (1 and 5 Hz) and compared t-tubule structures (Di-8-ANEPPS). At 1 Hz, myocytes incubated with C16:1 showed a normal Ca2+ -transient amplitude but prolonged time to peak (34.6 ms vs. 24.2 ms, p < 0.05) and decay (tau, 116 ms vs. 68 ms, p<0.05). Ca2+ -release was more dyssynchronous with significantly less early release sites (C16:1: 29%; control: 64%, p<0.05). At 5Hz, sarcoplasmic Ca2+ -content was higher (2.58 vs. 2.24 F/F0, p<0.05) but the ratio of Ca2+ -transient amplitudes (5Hz/1Hz, 0.79 vs. 0.93, p < 0.05) and fractional release were decreased (0.67 vs 0.84, p<0.05) and resting Ca2+ was increased (5Hz/1Hz, 1.090 vs. 1.014, p < 0.05). Slowed decay of the caffeine-induced Ca2+ - transients (0.88 s vs. 0.59 s, p<0.05) and waves (88.1 ms vs. 47.9 ms, p<0.05, in 0Na0Ca solution) suggested reduced forward mode Na+ / Ca2+ exchanger activity and reduced SERCA2A activity. T-tubule variability was higher (0.57 vs. 0.54, p < 0.05) but t-tubule density was unchanged. C16:1-treated cells showed more sparks (1.39 vs. 0 sparks /nl /s, p<0.05), slower propagation velocity of waves (120.4 μm/ms vs. 150.4 μm/ms, p<0.05) and a lower wave to spark ratio. Conclusions: This study shows that C16:1 acutely induces pronounced alterations in Ca2+ -homeostasis, resulting in dyssynchronous Ca2+ -release, slowed Ca2+ -decay, Ca2+ -accumulation at higher frequencies and increased diastolic SR Ca2+ -leak in rat left ventricular cardiomyocytes. These effects of C16:1 on the Ca2+ -homeostasis could be a part of the explanation for the association of the C16:1 serum level and heart failure risk.